Walzplattieren von Metallen mit stark unterschiedlicher Festigkeit - Analyse der Verbindungsentstehung und modellbasierte Entwicklung neuer Prozessprinzipien

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 227646779

Beim Walzplattieren von Werkstoffen mit stark unterschiedlicher Festigkeit können die unterschiedlichen Fließeigenschaften der Werkstoffe zu einer erschwerten Verbindungsbildung führen. Dies führt beim Warmwalzplattieren zu einer aufwendigen Walzpraxis und kann beim Kaltwalzplattieren zu lokalen Einschnürungen und Rissen in der härteren Schicht führen.In den ersten beiden Phasen wurde die Verbindungsbildung beim Warmwalzplattieren von Brammen untersucht. Mithilfe einer anhand von Grundversuchen kalibrierten Subroutine zur Beschreibung der Verbindungsentstehung wurden die Einflüsse der Höhenabnahme auf die sich einstellende Verbindungsfestigkeit, und des Schichtdickenverhältnisses auf die Längung untersucht. Auf Basis der Simulationen konnte nachgewiesen werden, dass ungünstige Geometrieparameter und Schichtdickenverhältnisse Spannungszustände hervorrufen, die schon bei identischem Werkstoff zu einer unterschiedlichen Längung der Schichten führen. Diese Erkenntnisse wurden genutzt um nachzuweisen, dass es möglich ist Walzparameter für Werkstoffe mit stark unterschiedlicher Festigkeit zu finden, die diese unterschiedliche Längung gezielt verhindern. Somit können die Arbeiten zum Warmwalzplattieren in der zweiten Förderphase erfolgreich abgeschlossen werden.Im Fortsetzungsantrag sollen nun Möglichkeiten zur Optimierung des Walzplattierens dünner Bänder vom Coil untersucht werden. In Gesprächen mit Herstellern walzplattierter Bandprodukte konnte die Kombination einer dicken weichen Kernschicht mit einer dünnen harten Auflageschicht als fehleranfällig identifiziert werden, da die Auflage periodisch ausdünnen und aufreißen kann. Das Fehlerbild hängt vom unterschiedlichen Fließverhalten und der eingebrachten Höhenabnahme ab. Eine große Höhenabnahme wird zwar zur Verbindungsbildung benötigt, kann aber infolge der eingebrachten Spannungen zu einem Versagen der Auflageschicht führen.Das Hauptziel der dritten Projektphase ist daher, ein Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen der benötigten Höhenabnahme zur Verbindungsbildung und dem Auftreten von Versagen der Auflageschicht zu entwickeln. Aufbauend auf diesem Verständnis soll versucht werden, die bestehenden Prozessgrenzen durch eine Erhöhung der Verbindungsfestigkeit im Kaltplattierprozess zu erweitern. Dafür werden die bisherigen Erkenntnisse übertragen und auf die Besonderheiten dünner Bänder angepasst. Zunächst wird eine Parameterstudie durchgeführt, die zum Ziel hat, die vorherrschenden Effekte und Wechselwirkungen zu verstehen. Dies erfordert eine Anpassung und Kalibrierung der oben genannten Subroutine. In Simulationen und Experimenten werden dann Möglichkeiten untersucht, den Materiafluss und das Versagen der Schichten unter Nutzung einer geeigneten Walzspaltgeometrie sowie durch thermische Aktivierung gezielt zu beeinflussen. Experimentell wird in Kooperation mit dem LUF Paderborn weiterhin untersucht, ob die Verbindungsbildung durch elektrochemische Reduktion unterstützt werden kann.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1640: Fügen durch plastische Deformation